对直流无刷电机的pid控制
无刷直流电机的神经网络PID控制及其仿真
PD控 制 是 最 早 发 展 起 来 的 控 制 策 略 之 一 、 I 由
于它具有算 法 简单 、 鲁棒性好 、 可靠性 高 等优点 被广 泛用 于工业过 程 控 制 ; 它尤 其适 用 于可 建 立精确 数
学 模 型 的 确 定 性 控 制 系 统 , 以 一 般 需 要 预 先 知 道 所
关键词 :[ PD控制 ; 经卿缉 ; 神 无刷直赢电机 ∞真
中 图分 类 号 : M 0 T 31 2 文献 标 识 码 : A
摘
要 : 简单 介 绍 神 经 网 络 PD的 基 础 之上 . MA L B对 无 刷 百 流 电机 艘 了 神 经 网 缉 PD控 制 的仿 真 , 果 使一些控制带统的参 数达到了有效 、 I 鲁捧和最 优化
The ne r ln t r I c n r l r a d u a e wo k P D o t o l n e sm u a i n t r s l s C o o i l to o b u h e s D m tt
输
一
c 为三 相绕组 感 生电动势 ; 为无刷 直 流电机极 对 P 数 : 为无 剧 直流 电机 角速 度 . ,
辅
出 层
I
2 神 经 网络 PD I
2 1 传统 PD控 制 . I
众所周 知 , 按偏 差 的 比例 、 分和微 分线性 组合 积
进 行 控 制 的 方 式 就 是 PD 控 制 . 规 PD 控 制 系 统 I 常 I 原 理 框 图 如 图 1 示 . 据 不 同被 控 对 象 适 当 地 整 所 根
M r h. 0 2 c 20
V il. No 1
文 章 编 号 :0 4 7 2 20 ) 1 0 5 10 —9 6 ( 0 2 0 — 0 5—0 4
BLDC无刷直流电机控制算法
BLDC无刷直流电机控制算法
BLDC (Brushless DC) 无刷直流电机是一种在很多应用领域中广泛使
用的电机类型,它具有高效率、高可靠性和较长寿命的特点。
为了有效控
制BLDC电机,需要采用适当的控制算法来实现其速度、位置或扭矩控制。
本文将介绍几种常见的BLDC电机控制算法,包括电速算法、电流环控制
算法和磁场导向控制算法。
1. 电速算法:电速算法是最简单和常见的BLDC电机控制方法之一、
它基于测量或估算电机转子速度,并将速度信号与期望速度进行比较,然
后根据比较结果调整电机的相序。
通过适当的相序调整,可以实现对电机
速度的控制。
在电速算法中,通常使用霍尔传感器或反电动势(back EMF)方法来测量电机转子的实时速度。
2. 电流环控制算法:电流环控制算法是一种高级的BLDC电机控制方法,通过控制电流来实现对电机扭矩和速度的控制。
它基于电机的电流反
馈和期望电流之间的差异,通过调整电压来控制电机的转矩输出。
电流环
控制算法通常使用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器来
实现高精度的电流调节。
3.磁场导向控制磁场导向控制算法是一种高级的BLDC电机控制算法,通过测量或估算电机转子位置和速度,实现对电机的精确位置控制。
磁场
导向控制算法基于电机转子位置和速度信息,将电机的磁场定向到期望位置,并通过适当的电流控制来实现转子位置的精确控制。
无刷直流电机的PID调速控制系统
无刷直流电机的 PID 调速控制系统
The Speed Control System of Brushless DC Motor
安徽蚌埠学院电子与电气工程学院 丁少云(Ding Shaoyun) 薛达(Xue Da)
随着科技的发展,传统的直流电机在某些功能上已经无法满足实际需要。在此基础上,无刷直流电机被研制出来。但由于 该电机存在了一些非线性、时变性等特点,在实际应用中,为了解决这种情况的影响,我们常采用PID调速控制,其为比例、积 分、微分控制,PID控制器诞生已有70年的历史,是比较成熟的技术。其以结构简单、稳定性高和工作可靠等众多优点而广受青 睐。 关键词: 无刷直流电机;智能控制;PID;Simulink
这样,随着时间的增长,细小的误差也会增大,随后其 将输出的放大误差信号传输给后一级,从而使电路的稳 态误差进一步减小,直至消减为零。因此比例积分控制 器可以使得系统在稳态状态下零稳态误差。积分环节的 调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应 速度,增加系统的超调量。积分常数越大,积分的积累 作用越弱。虽然此时系统在过渡时不会产生振荡,但是 增大积分常数会减慢静态误差的消除过程。在微分控制 系统中,控制器的输出与输入误差信号的变化率成正比。 即为微分关系。
Abstract: With the development of science and technology,the traditional DC motor can’t meet the practicalneeds in some functions.On the basis,brushless DC motor is developed.However,there are some nonlinearity,time varying and so on.In practice,To solve the impact of this situation,we often use the PID speed control.It is proportional,integral,differential control.The birth of the PID controller has been 70 years old and is a mature technology.Its advantage include simple structure,high stability and reliability. Key Words: Brushless DC motor; Intelligent; PID;Simulink
无刷电机控制系统中的PID参数调整方法研究
无刷电机控制系统中的PID参数调整方法研究无刷电机在许多领域中得到广泛应用,如无人机、电动汽车、机器人等。
PID 控制器是无刷电机控制系统中常用的控制算法,通过调整PID参数可以改善系统的性能,提高系统的稳定性和响应速度。
本文将研究无刷电机控制系统中常用的PID参数调整方法,并分析其优缺点。
PID控制器是由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成的。
比例部分根据当前误差进行控制,积分部分根据误差的积累进行控制,微分部分根据误差的变化率进行控制。
通过调整PID参数,可以优化系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力。
常见的PID参数调整方法包括经验法、Ziegler-Nichols法、模糊PID法和自适应PID法等。
这些方法各有优劣,下面将对其进行详细介绍。
1. 经验法:经验法是最简单直观的PID参数调整方法之一。
根据经验选择合适的PID参数,通过实际试验进行调整。
这种方法适用于简单的控制系统,但对于复杂的系统往往效果不佳。
2. Ziegler-Nichols法:Ziegler-Nichols法是PID参数调整中的一种基本方法,通过系统的临界增益和临界周期来确定PID参数。
该方法适用于一阶和二阶系统,对于高阶系统不太适用。
此外,该方法在实际应用中容易产生非理想的过冲和震荡现象。
3. 模糊PID法:模糊PID方法是一种智能控制方法,结合了模糊控制和PID控制的优点。
通过模糊控制的模糊推理和PID控制的调整能力,能够有效克服传统PID方法的一些不足之处。
该方法能够适应不确定性较强的控制系统,但需要较为复杂的算法和较大的计算量。
4. 自适应PID法:自适应PID方法是根据系统的实时状态和参数变化来自适应调整PID参数的方法。
该方法能够实时调整PID参数,适应系统的变化。
例如,在电动汽车中,其电池的电压和电流变化较大,需要根据实际情况调整PID参数。
尽管自适应PID方法能够提高系统的稳定性和适应性,但相对于其他方法,其设计和实现较为复杂。
模糊自适应PID控制在无刷直流电动机矢量控制中的应用
了无刷直流电动机推广前景。 无刷直流电动机的相关研究 国内外正在广泛地开 展起来 ,相应地数学模型 已经被成功地建立出来。无
子磁链定向方法 ,提出一种 电流环使用传统的 PD控 I 制 ,速度环使用模糊 自适应 PD控制方法 , I 设计出了
无刷直流电机的模糊 自适应 P I D控制系统。从而能够
c n o S lo u e . n e h ei nn ft u z d p v I c nr l v c sc rid ot l r Wa i r d c d a dt n t d s igo h f y a a t eP D o to iewa are n h e g e z i e d o . df l ec s t d sc rido . n en meia i lt nWa are u dte t u An mal t a es y wa are u a dt u r I mu ai S c rido a yh u t h c s o tn h
( a g a gP lt h i C l g , u n g n 3 0 2 C ia Hun g n o e nc ol e H a g a g4 8 0 , hn ) yc e
Ab t a t I r e a etev co o to o eBr s ls sr c: n o d rt h v e t r nr l r u he sDC oo fe t ey a dtef z y o h c f t h M tre c i l, n h u z v
tsigrs l h we a i to a o da a t ea dlg l bly e t eut s o dt th s h dh dag o d pi ihr i i t. n s h t me v n l ea i K e r s P D o to; m s ls ywo d : I c n lb he sDC oo ; e tr o to r M tr v co nr l c
内模PID控制器在无刷直流电机调速系统中的应用
关键词 : I 控制 ; PD 内模 控 制 ; — I 控 制 ; 闭环 直 流 电机 ; 速 系统 I MC P D 双 调 中 图分 类号 : P 7 T 2 文献标识码 : A 文章 编 号 :1 7 — 2 6 2 1 )2 0 4 — 4 6 4 6 3 (0 2 1— 0 2 0
c re p n i g r lt n h p o h n e n l mo e o t l a d t e ca s I o r s o d n ea i s i f t e i tr a d lc n r n h l s i P D,c mb n s t e r a v n a e ,d sg s a P D o o c o i e h i d a tg s ein I
流 电机 进 行 调 速 。在 建 立 对 象理 论 模 型 的基 础 上 , 过 对 控 制 器 在 线 仿 真 比较 表 明 : 对 本 设 计 对 象 , 于 内部 模 型 通 针 基 的 PD控 制 器 不 论在 系统 阶 跃 响 应 或 是 扰 动 跟 踪 等 控 制 效 果 上 都 能 到 达 经 典 PD控 制 的 要 求 , I I 同时 还 降低 了 参 数 设
t ec mp e i n a d mn s f ep r mee sd sg . h o l xt a d r n o e so aa tr e in y h t Ke r s P D o to ;i tr a d l o to ;it r a d lc n rlP D;d u l — o C mo o ;s e d s s m y wo d : I c n r l n e n lmo e n r l n e l mo e o to— I c n o bel p D tr p e yt o e
直流无刷电机模糊自适应PID控制系统研究
和 位置 传感 器三 个 部 分 ,其 结 构 原 理 如 图 1所 示 。
它用 电子 换 向代 替 了 传 统 的 电刷 机 械 换 向 ,将 读
糊 化环 节 生 成 两 个 模 糊 子集 E、E C,接 着 进 行 模
糊 逻辑 推理 ,得 到模 糊 论 域 上 的输 出模 糊 子 集 , 再 经过 解 模 糊 化 处 理 ,得 到 输 出论 域 上 的 控 制 量
高庆 文
( 玉柴 联 合 动 力股 份 有 限公 司 ,安 徽 芜湖 2 4 1 0 8 0 )
[ 摘要] 阐述 了直流 无刷 电机 工作原理及数 学模型 ;介绍 了模糊控 制理 论 ,提 出模糊 自适 应 P I D控 制 策略 ;在 MA T L A B环境下 ,使 用反 电动势建模 法建立 了直 流无刷 电机控 制 系统的模 型 ,并进行仿 真分析 ;利 用模糊 自适应 P I D控 制策略 改进 速度控 制器 中的常规 P I D算法 ,进行 仿真 ,并将 所得结果进 行对 比。
u,
一T L — B t o =. , 尸 幻 ( 1 )
3 . 1 . 2 速 度控 制模块
图 3 模 糊 控 制器 的 结构 图
常规 P I D速度 控制模 块 的结构 如 图 5所示 。它 只有单 个 输 入 量 , 即参 考 转 速 和 实 际 转 速 的 差 值
3 直流 无刷 电机 控 制建 模 与 仿 真
取到的位置传感器信号转换成功率开关信号 ,依次
导通 功率逆变 桥 上 的 6个 功 率管 ,使 得直 流 无 刷 电 动机 在运行过 程 中定 子绕 组所 产 生 的磁场 和 转 动 中 的转 子永磁磁 场 ,在 空 间上始 终 保 持在 ( ' r r / 2 )r a d
基于SIMULINK无刷直流电机模糊PID控制的建模与仿真
i n s t r u c t i v e t o a c t u al l y b r u s hl e s s DC mo t or s p e e d c on t r ol s y s t em d e s i g n . Ke y wo r ds :B r u s h l e s s DC Mo t o r ; Dou b l e — l o o p Con t r ol ; F u z z y PI D Co n t r o l
a i mi n g a t t h e t y p i c al t wo - - ph a s e c o n du c t i o n s t ar t hr e e - - ph a s e s i x wor k s o f br u s hl es s DC
统的 P I D控 制 方法相 比有 更好 的稳 定性和抗干扰性 。
变量 、强耦合 、非线性的复杂系统 …,
因此 传统 P I D 控 制 器 难 以 获 得 满 意
态 响应 等 优 点 ,基 于无 刷 直 流 电机 具有一系列优点 ,已在交通 、工业、 家 电、航空航天、军工、伺服控制等 领域 都 被 广 泛地 使 用 ,因此 对其 控 制 方 式的研 究可 以更 广 泛的 挖掘 其
开关模糊神经PID控制的无刷直流电机仿真
摘要: 无刷直 流电机是 一种 时变性 的 、 非 线性 的以及 强耦合性 的系统 。对 于控制精度要求 高的场合 , 传统 的 P I D控制难 以满 足对无刷直流电机控制 的性能要 求。模 糊 P I D控制器虽然具有一定的 自适 应性 , 但 是模糊 规则主要靠经 验制定具有一 定局 限性。为解决上述问题 , 研 究了基于双闭环的开关模糊 神经 P I D控制的无刷直流 电机 , 该 方法综合 了模糊 、 神经 网络 和 P I D 的优点 , 具有适应能力强 , 控制精度高 , 专家知识 利用较好等 。仿真结果表明模糊神经 P I D控制相对于模 糊 P I D具有转 速响 应快 、 超调量小 、 抗干扰能力强等优点 。 关键词 : 无刷直流 电机 ; 模糊神经 网络 ; 仿真 ; 双 闭环
( S c h o o l o f I n f o r ma t i o n , C h i n a J i l i a n g U n i v e r s i t y , Ha n g z h o u Z h e j i a n g 3 1 0 0 1 8 ,C h i n a )
中 图分 类 号 : T P 2来自7 3 + . 4 文 献标 识码 : B
S i mu l a t i o n o f S wi t c h F u z z y Ne t wo r k Co n t r o l o f BLDCM
L I U Yu —h a n g
v e r s h o o t ,a n d s t r o n g a n t i - i n t e f r e r e n c e a b i l i t y .
KEYW ORDS: Br u s h l e s s DC mo t o r ;F u z z y n e t w o r k ;S i mu l a t i o n;Do u b l e c l o s e d l o o p
PLC控制直流电机实验
实验四直流电机PLC控制实验一、实验目的1.掌握PLC的基本工作原理2.掌握PID控制原理3.掌握PLC控制直流电机方法4.掌握直流电机的调速方法二、实验器材1.计算机控制技术实验装置一台2.CP1H编程电缆一条3.PC机一台三、实验内容根据输入,实现PLC对直流电机的调速PID控制。
1、输入功能(1)功能操作,按钮11.1、按钮1按下一次,显示SV(设定点值)。
1.2、按钮1按下两次,显示速度设定值。
1.3、按钮1按下三次,设定P值,显示。
1.4、按钮1按下四次,显示P值。
1.5、按钮1按下五次,设定I值,显示。
1.6、按钮1按下六次,显示I值。
1.7、按钮1按下七次,设定D值,显示。
1.8、按钮1按下八次,显示D值。
1.9、按钮1按下九次,显示At(PID 自调整增益)1.10、按钮1按下十次,自整定显示1.11、按钮1按下十一次,复位(2)增加按钮2,数值增加(3)减小按钮3,数值减小(4)确定按钮4,操作确定2、PWM脉冲输出,接输出101.00。
3、直流电机测速,光耦,接高速脉冲输入。
4、LED显示,根据按钮输入,显示设定值/测量值/加减量。
四、实验原理1.直流无刷电机PWM调速原理PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间,而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压。
PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压,所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。
在使用PWM控制的直流无刷电动机中,PWM控制有两种方式:(1)使用PWM信号,控制三极管的导通时间,导通的时间越长,那么做功的时间越长,电机的转速就越高。
基于DSP的无刷直流电机模糊PID控制系统设计
中图 分 类 号 :T 23 P 7 文献标识码 : B
De i n o u z D o r ls s e f b u h e s sg f f z y PI c nt o y t m o r s l s
Ke wo d :DS BLDCM ; z y PI y rs P; Fu z D
O 引 言
随着各种 处理器 的出现和 发展 , 国内外 对无刷 直流 电
机控制系统 的研究也在 不断 的发 展和完 善 , 目前无 刷直 流 电机控制器 的结构有 多种形式 , 由无 刷直 流 电机 专用 集 如 成 控制芯 片实现 , 以单片机 为核心组成 的数 字控制 电路 实 现 , D P芯片为核 心实现 等 。在 系统 控制 算法 方 面 , 以 S 国 内外许多研究 人员也作 了大量 的研 究 : 的提 出了 内模 控 有
片( TMS 2L 2 0 A) 3 0 F 4 7 和无刷直流电机专用集成芯片( 30 5 为核心设计 了系统硬件电路 , MC 3 3 ) 并将 传统 PD控制与模糊控制 I 相结合形成的模糊 PD控制算法应用于该硬件系统 , I 同时设计 了上位监控系统 , 组成 了一个 数字化 、 能化 的无刷 直流 电机 智 控制系统 。实验结果表明, 本控制系统运行稳定 , 控制精度高 , 有着很强的应用推广价值。
Ab ta t sr c .Ast ea p ia in fedo u h e sDC mo o ( h p l to il fBr s ls tr BLDCM ) c n iu st na g 。i rq ie h o to y tm c o t e o e lr e t e ur st ec n r ls se n c n wo ksa l n o to x cl .S h sp p rtk st eDS h p ( a r t bya dc n r l a ty ot i a e a e h P c i TM S 2 L 4 7 )a d t eBL X2 p ca n e e 3 0 F2 0 A n h I M s e ilit— g ae ic i ( C3 0 5 st ec r o d sg h y tm a d r ic i.Th z yPI ag rt m ih i o me r td cr ut M s 3 3 )a h o et e in t es se h r wa ecrut eFu z - D lo ih wh c sfr d
基于自适应模糊PID无刷直流电机控制研究
偏 离 既定值 方 向变 化 ,k 取 大值 ; 值 在偏 差 比较 大 时 , 差变 化率 与偏 差 异 号 时 , 值 取 小值 , 加快 偏 k 以
控 制 的动态 过程 。
采用 两输 入 三输 出 的形 式 , 速 偏 差 E和转 速 转
偏差 的变化率 E C为模糊 输入 量 , 应 的模 糊输 出量 对 比例 、 积分 、 微分作 用对应 的变 化量 △}, k, k 作 | A A j 。
( 3 )
无 刷直 流 电机 电压 平衡 方程 式如 下表 示 :
2 自适应模糊 P D控制 器的设计 I
21 0 1年 6月 2 日收 到 7
第一 作者简介: 蒋旭益(98 , 浙江慈溪人, 1 一)男, 8 研究方向: 电机
2 1 自适应 P D 模块 设计 . I
智能控制。
⑥
2 1 S i eh E gg 0 c T c . nr. 1 .
机 电技 术
基于 自适应模糊 PD无屈 直流 电机控制研 究 I J I
蒋旭 益 王 立标
( 台州 学 院机 械 工 程 学 院 , 台州 3 80 1 00)
摘
要 无刷直流 电机具有高度 的非线性特性。为 了提高 电机转速 控制 的稳态 和动态特 性, 计 了无 刷直流 电机 自适 应模 设
关 键词 无刷直流 电机 自适应模糊 PD I 鲁棒性
中图法 分类 号 T 3 34 ; M 8.1
文献标志码
A
无 刷 直 流 电 机 ( rsl sD oos B D M) Bu he C M t , L C s r
因其 具有 简 单 的 结 构 , 良好 的调 速 性 能 , 转 矩 等 大
基于模糊PID模型的无刷直流电机转速控制
时变 系统 ¨2, | 参数 整定 困难 , 组 整定 好 的参 数 只 J 一
能在较 小 的范 围 内有较 好 的控 制 效 果 , 当参 数 变化
制 论专 家 Zdh提 出模 糊 数学 以来 , 理 论 和方法 ae 其 日臻完 善 , 短 的几 十 年 里 , 糊 控 制 ( uz o— 短 模 F z C n y t 1广 泛地 应用 于 自然 科 学 和社 会 科 学 和工 程 控 r) o
制领 域 _ 。模 糊 逻 辑 具 有 类 似 于人 脑 的 自然 语 2 j
控制。针对无刷直流 电机( L C 提 出了一种基于 HD模 型的转速控制方案, B D M) 利用无刷直流 电机的 电压与转矩 转速方程 , 通
过调节 HD参数来实现转速 控制 。采用模糊原理对 PD参数进行模糊化 , I 根据 电机参数的变化, HD参数进行在线调整 , 对 取
得 了高精度 的转速控制。仿 真和 实验结果表明, 采用模 糊 HD控制方法控制无刷直流 电机 , 能够实现响应速度 快、 无超调 、 控
线 性 调节 器 的极 点 配 置 和最 优 控 制 、 确 反 馈 线 精
本 文提 出一种 基于模 糊 自适 应 PD模 型 的无 刷 I 直流 电机 速 度 控制 系 统 。该 模 型 将 给 定转 速 和 实 际转速 之 间 的偏 差 及 其 偏 差 变化 率 作 为模 糊 控 制 推理机 的输人参 量 , 过模糊原 理 , HD参 数进行 通 对
有 了电刷 与换 向器 的接 触 就减 少 了 电火 花 的产 生 ,
无刷直流电机模糊PID智能控制的建模方法及仿真
本无刷直流电机的调速系统采用双闭环调节 。 内环 (电流环) 采用三角波比较控制 方式的滞环调 节 ,滞环控制器工作原理简单 ,响应速度快 ,能对电 压波动起到及时抗扰作用。外环 (速度环) 采用模糊 PID 调节 ,对负载变化起抗扰作用 ,PID 控制器一旦 饱和 ,起着饱和非线性的作用 ,其输出幅限值决定于 被允许的最大电流 。系统的仿真模型在 Matlab7. 0/ Simulink[4]上构建 ,利用 Simulink 建立仿真模型如图 1 所示。
1 . 1 无刷直流电机的数学模型
无刷直流电机的工作离不开电子开关电路 ,因 此电动机本体 、控制电路和电子开关电路三部分组 成了无刷直流电机控 制系统[2 ,3] 。为了 便于分析 , 先作如下假设 :
1) 三相绕组完全对称 ; 2) 忽略齿槽 、换相过程和电枢反应等影响 ;
3) 不计涡流和磁滞损耗 ;
无刷直流电机是随着电力电子技术及新型永 磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。它 实际上是一个由电动机本体 、功率管主回路及转子 位置传感器等部分组成的闭环系统 。无刷直流电机 采用电子换相器替代直流电机的机械换相器 ,实现 直流到交流的逆变 ,采用位置传感器控制绕组电流 的切换 ,既有直流电机的良好调速特性 ,又有交流电 机结构简单 、运行可靠 、维护方便的特点 ,再加上其 体积小 、速度高 、可靠性好等优点 ,目前 ,无刷直流电 机得到了广泛的应用 。随着无刷直流电机在工业应 用领域的推广 ,比如伺服系统和调速驱动系统中 ,对 系统的动静态性能和控制精度要求越来越高[1] 。
ua
0 r 0 ib + eb + ub
( 4)
0 0 r ic
基于模糊PID的无刷直流电机控制系统设计开发
he t s p e e d .T he B L D C M/ s d r i v e n b y he t a p p l i c a t i o n f o P a r a l l e l i n g fp o o w e r MO S F E T s  ̄ A te f r he t h rd a w re a nd a S o f t w r a e f o
( 1 . S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n a n d V e h i c l e E n g i n e e r i n g , S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , S h a n d o n g Z i b o 2 5 5 0 4 9 , C h i n a ; 2
B a s e d o n F u z z y P I D Co n t r o l
L I J u n — we i ,CUI S h i ,L I L i a n - q i a n g ,REN C h u a n - b o ,W ANG Yu - h a i
F A W J I E F A N G Q i n g d a o A u t o F a c t o r y , S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 0 4 3 , C h i n a )
A b s t r a c t : B r u s h l e s s D C Mo t o r( B L D C M) S I a n o n l i n e a r , mu l t i v a r i a b l e a n d s t r o n g l y c o u p l e d s y s t e m, nd a t h e c o n t r o l e f f e c t o f
基于BP神经网络PID控制的无刷直流电动机调速系统设计
[ 3 】罗骞 , 夏靖 波, 智英 建等 . 统计 I P网络 质量 的模 糊 评 估 方法 [ J ] . 计算机科学 ,
2 0 1 0 . 3 7( 0 8 ) : 7 7 — 7 9 .
价值观、审美观 、背景和情感等主观 因素 的影 响较大 ,评分结果较为片面 。实际上 ,无 论采 用何种网络评估方法都必须映射到对应 的主观
利用神经 网络强 大的逼近能力
,
可 以通 过 学 习
< <上 接 2 5页
标 ( K QI ),最 后 对 KQ I 和 KP I 的 关 键 指标 进行提炼 ,得到从用户角度反 映网络 整体性能
的 O0 E核 心 指 标 , 建 立 一 个 全 面 的 网 络 综 合
网 络 综 合 评 估 方 法 得 到 的评 分 受 到 测 试 人 员 的
电子技术 ・ E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y
基于 B P神经 网络 P I D控制的无刷直流 电动机调速系统设计
文/ 王 寿 福
上世 纪八 十年 代 以后 ,随着 可控 硅、表
2调速 系统 组成 及原理
本文 主要 通过双 闭环 调速 系统 对所 提方
用户满意度 。
评估体系 。为 了更好 的描述各性 能因素之间的
关 系 ,Qo E按 照 一 定 的 加 权 计 算 方 法 得 出 , 全
[ 4 ]赵 华琼 ,唐 学 文 .基 于模 糊 层 次 分析 法
的 网络业 务性 能评 估模 型 [ J ] . 计 算机应
用 2 0 1 3 、 3 3 ( 1 1 ) : 3 0 3 5 — 3 0 3 8 .
司 网络 部 , 2 0 0 9 : 1 2 - 1 5 .
BLDC无刷直流电机控制算法
BLDC无刷直流电机控制算法BLDC(Brushless DC)无刷直流电机是一种高效、可靠且低噪音的电机,广泛应用于各种领域,如工业自动化、电动车辆和家用电器等。
BLDC 电机的控制算法是保证其正常运行和实现各种运动控制的关键。
BLDC无刷直流电机的控制算法主要分为传统控制算法和现代控制算法两大类。
传统控制算法包括电流控制、速度控制和位置控制等,常用的算法有PWM控制、电流环反馈控制和PID控制等。
现代控制算法包括矢量控制、模型预测控制和自适应控制等,常用的算法有FOC(Field Oriented Control)控制和SLDC(Sliding Mode Variable Structure Control)控制等。
首先介绍传统控制算法中的PWM控制算法。
PWM(Pulse Width Modulation)控制是一种通过改变电机输入的电压和电流的方式来控制电机转速的方法。
PWM控制算法通过控制器将输入的电压和电流通过开关器件的开关时间和开关频率进行调节,从而控制电机的输出转矩和转速。
该算法简单、可靠,并且适用于各种控制需求。
其次介绍传统控制算法中的电流环反馈控制算法。
电流环反馈控制是通过测量电机的相电流来实时调整开关器件的开关时间和开关频率,从而实现对电机转矩的精确控制。
该算法可以实现高精度的电机控制,但是由于需要实时测量电流,所以需要配备性能较高的传感器。
再次介绍传统控制算法中的PID控制算法。
PID(Proportional-Integral-Derivative)控制是一种比例、积分和微分控制的组合方式,通过计算误差的比例、积分和微分,并加以调整,来实现电机的转速和转矩控制。
PID控制算法是一种经典的控制算法,具有简单、稳定和易于调节的特点。
现代控制算法中的FOC控制是一种通过转子磁链定向和转差矢量控制方式来实现BLDC无刷直流电机控制的算法。
FOC控制算法通过测量和估算电机的电流和转子位置,将电机的输入电压和电流进行空间分量的分解,使得电机的电磁转矩和机械转矩得到分离,从而实现对电机的精确控制。
基于DSP的无刷直流电机P-模糊自适应PID控制系统
现代驱动与控制
基于DS 的无刷直流电机P模糊 自适应P D控制系统 P _ I
刘兴艳 董 洋洋
河南理工大学 ( 5 0 3 440 )
P f z e fa a tv D n r lS s e f rBL CM s d o S - uz y S l- d p i e PI Co t o y t m o D Ba e n D P
制硬件, 从而为模糊算法 的应用和形成B DC L M 全数字式 的模糊控制系统奠定了基础。
图1 p模糊PD控制系统 图 - I
P 模糊 自适应 P D控制选择 一个 阈值E , . I P
《 机技 术》2 1 年第 3 ・ 3 电 01 期 2・
提 出一种新 型的P 模糊 自适应 P D控制方 法且 采用T S . I M 30 F47 2 L 2 0 ADS 作为处 理器。 P 实验 结果 表 明: 模糊控 该 制 系 统 运 行 平稳 , 有 较 高 的控 制 精度 和 较 好 的 鲁棒 具 性 , 现了P模 糊 自适应 PD控制 系统的数 字化 。 实 . I 关键词 : 刷直流 电机 无
1 P 模糊P D控 制系统 . I
要提高基 本模 糊控制系统的精度和跟踪性
能, 就必须对 语言变量取较多的语言值, 但是分
级越细规 则数和系统 的计算量也越大 , 调试会很
困难或者不能满足实 时控制的要求 。 要解决这个
矛盾就 是在论域 内用不 同的控制方式 分段实行 控制。 . P模糊 自 适应PD I 控制系统分为P 控制和模 糊自 适应 P D控制两个模 态分段 控制 , I 控制系统
复 杂和 模型不 清楚 的系统 进行简单而 有效 的控 制 , 挥模 糊控制鲁棒 性强 、 发 动态 响应 好、 上升 时间快和超调小 的特点, 又具有P D I 控制器的动
自适应模糊pid直流无刷电机调速系统设计
自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计1. 概述在现代工业生产中,电机调速系统的设计和应用已成为一个重要的研究课题。
直流无刷电机具有体积小、效率高、响应快等优点,被广泛应用于各种领域。
而PID控制器作为一种经典的控制器,具有稳定性好、鲁棒性强等特点。
然而,传统PID控制器在面对系统参数变化、非线性系统等问题时存在一定局限性。
本文提出了一种自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计,旨在提高控制系统的鲁棒性和适应性。
2. 直流无刷电机调速系统的基本结构直流无刷电机调速系统通常由电机、传感器、控制器和执行机构等组成。
其中,控制器起着决定性的作用,它接收传感器反馈的信息,并根据事先设定的控制策略调节执行机构,从而实现对电机速度的精确控制。
常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
3. 自适应模糊PID控制器的原理自适应模糊PID控制器是一种结合了模糊控制和PID控制的新型控制器。
它可以根据系统的实时状态和参数变化,自动调整控制参数,从而提高控制系统对变化环境的适应能力。
其基本原理是将模糊逻辑推理和PID控制相结合,通过模糊化、模糊推理和解模糊等过程,得到控制量的输出,并根据输出调整PID控制器的参数,使控制系统更加灵活和鲁棒。
4. 自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计在设计自适应模糊PID直流无刷电机调速系统时,首先需要对电机和传感器进行建模和参数识别,以获取系统的动态特性和非线性特性。
根据系统的特性和要求,设计模糊控制器的模糊集、模糊规则库和解模糊方法,确定模糊控制的范围和边界。
接下来,结合PID控制器的特点和系统的动态响应,设计合适的PID参数整定方法,并将PID控制器与模糊控制器相结合,形成自适应模糊PID控制器。
通过仿真和实验验证,对系统的性能进行评估和优化。
5. 实验结果与分析通过对自适应模糊PID直流无刷电机调速系统的设计和实验,我们得到了以下实验结果和分析:(1) 自适应模糊PID控制器能够有效地克服系统参数变化和非线性因素的影响,使系统具有更好的鲁棒性和适应性。
数字pid算法在无刷直流电机控制器中的应用
数字pid算法在无刷直流电机控制器中的应用数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用1. 简介在现代工业自动化领域,无刷直流电机控制器的应用越来越广泛。
无刷直流电机具有高效率、低噪音、高转速等优点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、工业生产等领域。
为了更好地控制无刷直流电机,数字PID算法成为一种常用的控制策略。
本文将从深度和广度两方面对数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用进行全面评估,并撰写一个有价值的文章,消除读者对该主题的疑惑。
2. 无刷直流电机的特点无刷直流电机相比传统的有刷直流电机具有许多优点。
无刷直流电机不需要使用碳刷与旋转子进行直接的电气连接,因此摩擦损耗小,效率高,寿命长。
无刷直流电机没有碳刷产生的火花,噪音小,适用于对噪音要求严格的场合,比如医疗设备和办公自动化设备。
另外,由于无刷直流电机可以直接对转子进行控制,使得其具有响应速度快、调速范围宽等优点。
在众多领域中都有广泛的应用。
3. 数字PID算法原理PID控制算法是一种经典的控制策略,由比例环节、积分环节和微分环节组成。
在数字PID算法中,通过采样输入信号和输出信号,利用计算机进行离散化处理,根据离散化的输入信号和输出信号计算控制量,从而对系统进行控制。
数字PID算法通过不断地调节比例系数、积分系数和微分系数,使系统的输出信号逐渐逼近或稳定在期望值。
数字PID算法可以在不同的系统中实现自动控制。
4. 数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用在无刷直流电机控制器中,数字PID算法可以实现精准的速度控制和位置控制。
通过对无刷直流电机的速度、位置信号进行采样,可以得到实时的转速和位置信息。
利用数字PID算法根据期望的转速和位置信息计算出控制量,通过PWM控制电路,驱动无刷直流电机旋转到期望的位置和转速。
数字PID算法可以根据实际反馈信号不断地调节控制量,使得无刷直流电机的转速和位置逐渐逼近或稳定在设定值,从而实现精准的控制。
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PID闭环速度调节器采用比例积分微分控制闭环速度调节器采用比例积分微分控制(简称PID控制),其输出是输入的比例、积分和微分的函数。
PID调节器控制结构简单,参数容易整定,不必求出被控对象的数学模型,因此PID 调节器得到了广泛的应用。
PID调节器虽然易于使用,但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意:PID调节器易受干扰、采样精度的影响,且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。
所以,在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进,关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。
2速度设定值和电机转速的获取为在单片机中实现PID调节,需要得到电机速度设定值(通过A/D变换器)和电机的实际转速,这需要通过精心的设计才能完成。
无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器(通常是霍尔传感器)信号得到,在电机转动过程中,通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。
由图2可知,电机每转一圈,每一相霍尔传感器产生2个周期的方波,且其周期与电机转速成反比,因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。
为尽可能缩短一次速度采样的时间,可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度,则电机的实际转速为:但由于利用霍尔传感器信号测速,所以测量电机转速时的采样周期是变化的,低速时采样周期要长些,这影响了PID 调节器的输出,导致电机低速时的动态特性变差。
解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”,产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号,这样可缩短一次速度采样的时间,但得增加额外的硬件开销。
直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行,但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求,当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时,相邻2个正脉冲的宽度不一致,会导致较大的测速误差,影响PID调节器的调节性能。
若对测速精度要求较高时,可采用增量式光电码盘,但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。
电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。
系统中采用了串行A/D(如ADS7818)来实现速度设定值的采样。
但在电机调速的过程中,电机控制器的功率输出部分会对A/D模拟输入电压产生干扰,进行抗干扰处理。
3非线性变速积分的PID算法(1)PID算法的数字实现离散形式的PID表达式为:其中:KP,KI,KD分别为调节器的比例、积分和微分系数;E(k),E(k-1)分别为第k 次和k-1次时的期望偏差值;P(k)为第k次时调节器的输出。
比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应,KP越大,控制作用越强,但过大的KP会导致系统振荡,破坏系统的稳定性。
积分环节的作用虽然可以消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量,甚至使系统出现等幅振荡,减小KI可以降低系统的超调量,但会减慢系统的响应过程。
微分环节的作用是阻止偏差的变化,有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定,但其对干扰敏感,不利于系统的鲁棒性。
(2)经典PID算法的积分饱和现象当电机转速的设定值突然改变,或电机的转速发生突变时,会引起偏差的阶跃,使|E(k)|增大,PID的输出P(k)将急剧增加或减小,以至于超过控制量的上下限Pmax,此时的实际控制量只能限制在Pmax,电机的转速M(k)虽然不断上升,但由于控制量受到限制,其增长的速度减慢,偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值,从而使得PID 算式中的积分项不断地得到累积。
当电机转速超过设定值后,开始出现负的偏差,但由于积分项已有相当大的累积值,还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区,这就是正向积分饱和,反向积分饱和与此类似。
解决的办法:一是缩短PID的采样周期(这一点单片机往往达不到),整定合适的PID参数;二是对PID算法进行改进,可以采用非线性变速积分PID算法。
(3)变速积分的PID算法变速积分PID算法的基本思想是改变积分项的累加速度,使其与偏差的大小相适应。
偏差大时,减弱积分作用,而在偏差较小时则应加强积分作用,为这时PID算法可改进为:f的值在0~1区间变化,当偏差大于A+B时,证明此时已进入饱和区,这时f=0,不再进行积分项的累加;|E(k)|≤A+B时,f随偏差的减小而增大,累加速度加快,直至偏差小于B后,累加速度达到最大值1。
实际中A,B的值可做一次性整定,当A,B的值选得越大,变速积分对积分饱和抑制作用就越弱,反之越强。
笔者的经验:取A=30%[|E(k)|]MAX,B=20%[|E(k)|]MAX为宜。
论文数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应无刷电机有什么特点?优点:a) 电子换向来代替传统的机械换向,性能可靠、永无磨损、故障率低,寿命比有刷电机提高了约6倍,代表了电动车的发展方向;b) 属静态电机,空载电流小;c) 效率高;d) 体积小。
缺点:a) 低速起动时有轻微振动,如速度加大换相频率增大,就感觉不到振动现象了;b) 价格高,控制器要求高;c) 易形成共振,因为任何一件东西都有一个固有振动频率,如果无刷电机的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就容易形成共振现象,但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。
所以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正常的现象。
数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用摘要:在分析了无刷直流电机闭环速度控制方案的基础上,针对PID算法在无刷直流电机应用中出现的种种问题,给出了相应的解决方法,提出了非线性变速积分PID算法,成功地解决了在低采样周期时PID算法的积分饱和问题。
直流电机具有良好的调速性能,如无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。
无刷直流电机由于采用电子换向,PWM调速,在进一步提高直流电机性能的同时又克服了直流电机机械换向带来的一系列问题,从而大大延长了电机的使用寿命,近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等领域。
1、无刷直流电机的速度控制方案对无刷直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。
与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性:闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率(额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比)要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以大大提高。
无刷直流电机的速度控制方案如图1所示。
无刷直流电机控制器可采用电机控制专用DSP(如T I公司的TMS320C24X系列、AD公司的ADMCxx系列),也可采用单片机+无刷直流电机控制专用集成电路的方案。
前者集成度高,电路设计简单,运算速度快,可实现复杂的速度控制算法,但由于DSP的价格高而不适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。
后者虽然运算速度低,但只要采用适当的速度控制算法,依然可以达到较高的控制精度,适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。
摩托罗拉公司的第二代无刷直流电机控制专用集成电路MC33035,集成了转子位置传感器译码器电路、脉宽调制电路(PWM)、功率输出驱动电路、限流电路,可以实现无刷直流电机速度开环系统的全部控制功能。
系统中采用了一片MC33035、一片低成本的单片机AT89C2051、串行输入A/D、串行输出D/A 以及由MOSFET型场效应管组成的功率驱动电路,无刷电机控制逻辑和保护由MC33035完成,单片机用来完成转速设定值的获取、转速反馈的实时采样以及速度控制算法的实现。
闭环速度调节器采用比例积分微分控制(简称PID控制),其输出是输入的比例、积分和微分的函数。
PID调节器控制结构简单,参数容易整定,不必求出被控对象的数学模型,因此PID 调节器得到了广泛的应用。
PID调节器虽然易于使用,但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意:PID调节器易受干扰、采样精度的影响,且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。
所以,在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进,关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。
2、速度设定值和电机转速的获取为在单片机中实现PID调节,需要得到电机速度设定值(通过A/D变换器)和电机的实际转速,这需要通过精心的设计才能完成。
无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器(通常是霍尔传感器)信号得到,在电机转动过程中,通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。
图2:霍尔传感器信号由图2可知,电机每转一圈,每一相霍尔传感器产生2个周期的方波,且其周期与电机转速成反比,因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。
为尽可能缩短一次速度采样的时间,可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度,则电机的实际转速为:但由于利用霍尔传感器信号测速,所以测量电机转速时的采样周期是变化的,低速时采样周期要长些,这影响了PID调节器的输出,导致电机低速时的动态特性变差。
解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”,产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号,这样可缩短一次速度采样的时间,但得增加额外的硬件开销。
直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行,但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求,当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时,相邻2个正脉冲的宽度不一致,会导致较大的测速误差,影响PID调节器的调节性能。
若对测速精度要求较高时,可采用增量式光电码盘,但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。
电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。
系统中采用了串行A/D(如ADS7818)来实现速度设定值的采样。
但在电机调速的过程中,电机控制器的功率输出部分会对A/D模拟输入电压产生干扰,进行抗干扰处理。
3、非线性变速积分的PID算法(1)PID算法的数字实现离散形式的PID表达式为:其中:KP,KI,KD分别为调节器的比例、积分和微分系数;E(k),E(k-1)分别为第k次和k-1次时的期望偏差值;P(k)为第k次时调节器的输出。
比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应,KP越大,控制作用越强,但过大的KP会导致系统振荡,破坏系统的稳定性。
积分环节的作用虽然可以消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量,甚至使系统出现等幅振荡,减小KI可以降低系统的超调量,但会减慢系统的响应过程。
微分环节的作用是阻止偏差的变化,有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定,但其对干扰敏感,不利于系统的鲁棒性。
(2)经典PID算法的积分饱和现象当电机转速的设定值突然改变,或电机的转速发生突变时,会引起偏差的阶跃,使|E(k)|增大,PID的输出P(k)将急剧增加或减小,以至于超过控制量的上下限Pmax,此时的实际控制量只能限制在Pmax, 电机的转速M(k)虽然不断上升,但由于控制量受到限制,其增长的速度减慢,偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值,从而使得PID算式中的积分项不断地得到累积。